横向框轴框架设计计算书

目录

目录.................................................................................1

第一章内容摘要..........................................................................3

ABSTRACT.............................................................................................................................................................................4

第二章结构选型及布置....................................................................5

2.1结构选型.........................................................错误！未定义书签。

2.2结构布置.........................................................错误！未定义书签。

第三章框架的计算简图及梁柱尺寸确定......................................................7

3.1主要构件材料及尺寸估算.............................................................7

3.2主要构件的截面尺寸................................................................7

3.3框架结构计算简图和结构平面布置图..................................................8

第四章竖向荷载作用下的框架结构的内力计算................................................9

4.1横向框架计算单元..................................................错误！未定义书签。

4.2梁、柱线刚度计算..................................................错误！未定义书签。

4.3恒载荷载计算......................................................................12

4.4恒载内力计算......................................................................17

4.5活载荷载计算......................................................................24

4.6活载内力计算......................................................................29

4.7竖向荷载作用下梁、柱内力计算.....................................................35

第五部分横向荷载作用下框架结构的内力计算...............................................43

5.1风荷载作用楼层剪力的计算..........................................................43

5.2梁、柱线刚度计算.................................................................43

5.3框架柱的侧移刚度D值计算.........................................................44

5.4风荷载作用下框架内力计算.........................................................45

第六章横向框架内力组...................................................................51

6.1恒载作用下内力组合...............................................................51

6.2活载作用下内力组合...............................................................53

6.3风载作用下内力组合...............................................................54

第七章截面设计.........................................................................56

7.1框架梁设计.......................................................................56

7.2框架柱设计.......................................................................59

7.3裂缝验算.........................................................................65

7.4偏心受压构件裂缝验算.............................................................68

第八部分基础设计.......................................................................70

8.1设计参数：........................................................................71

第九章楼板设计.........................................................................76

9.1屋面和楼面板的荷载计算............................................................76

9.2楼板计算..........................................................................78

第十章次梁设计.........................................................................94

10.1荷载计算.........................................................................94

10.2次梁计算.........................................................................95

10.3截面设计.........................................................................96

第十一章楼梯设计.......................................................................99

11.1楼梯板计算......................................................................99

11.2平台板计算.....................................................................102

11.3平台梁计算.....................................................................103

第十二章电算比较......................................................................104

12.1数据输入.........................................................................104

12.2数据输出.........................................................................107

第十三章施工组织设计..................................................................118

13.1工程概况........................................................................118

13.2施工方案........................................................................119

12.3施工进度计划....................................................................129

13.4保证安全措施....................................................................130

13.5现场施工平面布置图见施工图纸；..................................................130

13.6施工组织施工进度计划表见施工图纸。..............................................130

外文资料...............................................................................130

中文译文...............................................................................138

致谢...............................................................................142

参考文献...............................................................................143

第一章内容摘要

本设计主要进行了结构方案中横向框架A、B、C、D、E轴框架的设计。在确定框架

布局之后，先计算了恒载，活载，风载的等效荷载以及各杆端的内力，然后用分层法进

行内力分配，然后各层叠加，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴

力）。接着内力组合找出最不利的一组或几组内力组合，选取最安全的结果计算配筋并

绘图。

关键词：框架，结构设计，内力组合.

Abstract

Thepurposeofthedesignistodotheanti-seismicdesigninthelongitudinal

framesofaxisA,B,C,D,E.Whenthedirectionsoftheframesisdetermined,

firstlytheweightofeachflooriscalculated.Thenthevibratecycleis

calculatedbyuti1izingthepeak-displacementmethod,thenmakingtheamount

ofthehorizontalseismicforcecanbegotbywayofthebottom-shearforcemethod.

Theseismicforcecanbeassignedaccordingtotheshearingstiffnessofthe

framesofthedifferentaxis.Thentheinternalforceinthestructureunder

thehorizontalloadscanbeeasilycalculated.Afterthedeterminationofthe

internalforceunderthedeadand1iveloads,thecombinationofinternalforce

canbemadebyusingtheExcelsoftware,whosepurposeistofindoneorseveral

setsofthemostadverseinternalforceofthewal11imbsandthecoterminous

girders,whichwi11bethebasisofprotractingthereinforcingdrawingsofthe

components.

Keywords:frames,structuraldesign,Combineinsidethedint.

第二章结构设计总说明

2.1工程概况：

本设计为长沙雅礼中学10#教学楼，设计要求建筑面积约为：4500m2±5%,层数

为：4-5层，结构形式为：钢筋混凝土框架结构。

柱网布置图

2.2自然条件:

该地区全年主导风向夏季东南风，冬季北偏东风；全年最高气温40.3C,最低气温

-2.最大降雨强度集中在6、7、8月，年平均降水量1289mm.

2.3地质条件：

度

厚

序地基承桩端阻桩周摩

范

土层深度围

号岩土分类载力久力擦力

(m)血

m)(kpjqP(kpa)Qs(kpa)

1耕表土0.0-1.01.0

2粉砂1.0—1.30.310015

3粉土1.3—5.03.722023

4中密砂5.0—10.85.824030

2.4设计依据：

（1）《房屋建筑学》李必瑜主编.武汉理工大学出版社，2004

⑵《混凝土结构设计原理》（第4版）沈蒲生.北京：高等教育出版社，2008

⑶《结构抗震设计》尚守平.北京：高等教育出版社，2003

⑷《土木工程施工》.应惠清主编.同济大学出版社.2001年2月第1版

⑸《高层建筑结构设计》沈蒲生.北京：中国建筑工业出版社，2006

⑹《土力学与基础工程》赵明华.北京：高等教育出版社，2003

⑺《房屋建筑制图统一标准》GB/T50001-2001.北京：中国建筑工业出版社，2002

⑻《建筑制图标准》GB/T50104-2001.北京:中国建筑工业出版社，2002

⑼《民用建筑设计通则》GB50352-2005.北京:中国建筑工业出版社,2005

（10）《建筑设计防火规范》GBJ16—87（2005版）.北京：中国建筑工业出版社，2005

（11）《中南地区建筑标准设计结构图集》武汉：湖北科学技术出版社，2004

（⑵《中南地区通用建筑标准设计建筑配件图集》（合订本）.武汉：湖北科学技术出

版社，2004

（⑶《混凝土结构设计规范》GB50010—2010.北京：中国建筑工业出版社，2010

（⑷《建筑抗震设计规范》GB50011—2010.北京：中国建筑工业出版社，2010

（15）《建筑地基基础设计规范》GB50007—2011.北京：中国建筑工业出版社，2011

（16）《建筑结构荷载规范》GB50009—2001（2006版）.北京：中国建筑工业出版社，

2006

（17）《砌体结构设计规范》GB50003-201L北京:中国建筑工业出版社,2012

（18）《土木工程工程专业毕业设计指导》梁兴文史庆轩北京：科学出版社，2002

2.5设计要求：

⑴建筑结构的安全等级：二级。

⑵设计使用年限：50年。

⑶建筑耐久等级、防火等级均为H级。

⑷框架结构为二a类环境。

⑸环境类别：梁板为一类环境，

⑹屋面防水等级：n级。

2.6结构选型：

1.结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。

2.屋面结构：采用钢筋混凝土现浇楼板，采用不上人屋面，屋面板厚100加姓

3.楼面结构：采用钢筋混凝土现浇楼板，板厚100加机；

4.楼梯结构：采用钢筋混凝土板式楼梯；

5.基础梁：采用钢筋混凝土基础梁；

6.基础：采用钢筋混凝土柱下独立基础。

7.雨蓬：由于悬挑长度较大，采用悬挑梁板结构。

2.7设计方案:

钢筋混凝土框架结构是由梁、柱通过节点连接组成的承受竖向荷载和水平荷载的结

构体系。墙体只给围护和隔断作用。框架结构具有建筑平面布置灵活，室内空间大等优

点，因此这次设计的中学教学楼采用钢筋混凝土框架结构。

按结构布置不同，框架结构可以分为横向承重，纵向承重和纵横向承重三种布置方

案。选取6号轴线为一根横向框架计算单元。

6

结构布置图与计算简图

第三章梁柱尺寸确定及框架的计算简图

3.1构件材料：

⑴框架梁、板、柱采用现浇钢筋混凝土构件，

⑵墙体采用混凝土空心砌块，

⑶混凝土强度：梁、板、柱均采用C30混凝土，

钢筋使用HPB235,HRB400二种钢筋。

3.2截面尺寸：

(1)框架梁:

横向框架梁，最大跨度=8100mm,

由查表知：h=(―----)/=810〃?〃?~450mm,取边跨h=800mm,取中跨h=400mm

10180

/?=(g~=400mm~267mm,取b=300mm

纵向框架梁，最大跨度%=5400m,

h=(-----)/=540mm~300mm,取h=500mm

1018n0

b=(^~^)/i=250mm~\61mm,取b=250mm

(2)框架柱：

查表得G)o混凝土的/「=14.3N/〃〃"2,

〃=N

fA

N=/Fg〃其中，n为验算截面以上楼层层数，

g为折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，框架结构近似取18kN/m2,

F为按简支状态计算的柱的负荷面，

。为考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，查表得B=1.3

抗震等级四级的框架结构轴压比〃=1.0,

边柱和中柱的负荷面积分别是5.4mx4.05m和5.4mx5.4mo

1.3x5.4x4.05x18x1()3x5

边柱42---------------------=178936/Z7???-2

1.0x14.3

1.25X5.4X5.4X18X103X5……2

中柱4>---------------------二229405/n/n

1.0x14.3

所以边柱取400mmx600mm,中柱取50Omnix500mm。

3.3框架结构计算简图:

第四章竖向荷载作用下的框架结构的内力计算

4.1横向框架计算单元：

根据结构布置和荷载计算，对一相横向中框架进行计算，又人=乃如

1.33<3,

/24050，*加

所以荷载双向传递，故房间内直接传给该框架的楼面荷载如图中的阴影线所示。

A05CL

10800

横向框架计算单元

4.2梁、柱线刚度计算:

（1）由于该幅框架取自采用现浇楼板的中框架，故其框架梁/=2/0。

⑵采用分层法计算时，假定上、下柱的远端为固定时与实际情况有出入，因此除底

层外，其余各层柱的线刚度应乘以。.9的修正系数，且其传递系数4改拈。

下面分别列表计算:

横梁线刚度计算

bxhi101.5EC///O2.OEcI/lo

类别

(mxm)(m4)(m)(X10-4£W3)(x10-4Em3)(xl0-4£；-m3)

边跨0.3x

0.01288.115.823.731.6

横梁0.8

乱跨

梁0.3x

横0.00162.75.938.9411.9

一0.4

柱线刚度计算

O.9E//Z

lo=hbxhiEcI/l0Co

层次

(m)(mxm)(m)(xlO-4Em3)(xlO-4Em3)

0.4x0.60.007213.111.79

15.5

0.5x0.50.00529.58.55

0.4x0.60.007218.516.65

2-43.9

0.5x0.50.005213.311.97

0.4x0.60.007220.018.00

53.6

0.5x0.50.005214.412.96

31.631.6

18.0012.9612.9618,00

31.611.9口31.6

16.6511.9711.9716.65

31.611.931.6

16.6511.9711.9716.65

31.611,931.6

16.6511.9711.9716.65

31.611.931.6

13.109.509.5013.10

81002700

18900

B—C/>D—XE

横向中框架梁、柱线刚度（单位：xlO-4E/n3）

所计算的中框架是对称结构，在计算竖向荷载作用时，取一半计算，断开的中跨线

刚度是原来的2倍。

4.3恒载荷载计算:

荷载计算：线荷载

屋面：屋面恒载5.2kN/m?

屋面板传来的恒载:5.2X4.05=21.06kN/m

教室梁自重：0.30X0.8X25=6kN/m

教室梁侧粉刷：2X粉刷-0.12)X0.02X17=0.46kN/m

教室横梁的矩形线荷载合计：6.46kN/m

教室横梁的三角形线荷载合计：21.06kN/m

走廊板传来的恒载：5.2X2.7=14.04kN/m

走廊梁自重:0.30X0,4X25=3kN/m

走廊梁侧粉刷：2X(0.4-0.10)X0.02X17=0.2kN/m

走廊横梁的矩形线荷载合计：3.2kN/m

走廊横梁的三角形线荷载合计：14.04kN/m

楼面：楼面恒载4.IkN/m?

楼面板传来的恒载:4.1X4.05=16.61kN/m

教室梁自重:0.30X0.8X25=6kN/m

教室梁侧粉刷：2X(0.8-0.12)X0.02X17=0.46kN/m

教室梁上墙自重:0.24X(3.9-0.8)X19=14.14kN/m

教室梁上墙面粉刷：(3.9-0.8)X0.02X2X17=2.108kN/m

教室横梁的矩形线荷载合计：22.71kN/m

教室横梁的三角形形线荷载合计：16.61kN/m

走廊：楼面恒载3.6kN/m2

走廊楼面传来的恒载:3.6X2.7=9.72kN/m

走廊梁自重0.30X0.4X25=3kN/m

走廊梁侧粉刷：2X(0.4-0.10)X0.02X17=0.2kN/m

走廊横梁的矩形线荷载合计：3.2kN/m

走廊横梁的三角形线荷载合计：9.72kN/m

荷载计算：集中荷载

次梁传来的集中荷载：

屋面：

板传来的恒载：5.2X4.05=21.06kN/m

次梁自重：0.25X(0.4-0.12)X25=l.75kN/m

次梁粉刷：0.02X(0.4-0.12)X2X17=0.19kN/m

(5.4+5.4-4.05)X21.06X0.5+1.75X5.4+0.19X5.4=81.56KN

楼面：

板传来的恒载:4.1X4.05=16.61kN/m

次梁自重：0.25X(0.4-0.12)X25=l.75kN/m

次梁粉刷：0.02X(0.4-0.12)X2X17=0.19kN/m

(5.4+5.4-4.05)X16.61X0.5+1.75X5.4+0.19X5.4=66.54KN

屋面框架节点集中荷载：

边柱联系梁自重:0.25X0,6X5.4X25=20.25KN

粉刷:0.02X(0.6-0.12)X2X5.4X17=1.76KN

0.6m挑檐板自重：0.6X5.4X5.2=16.8KN

0.6m高排水外延沟自重：0.6X5.4X25X0.12=9.72KN

边柱联系梁传来屋面荷载：

0.5X(5.4+5.4-4.05)X4.05/2X5.2=35.53KN

顶层边节点集中荷载合计：84.15KN

中柱联系梁自重：0.25X0.6X5,4X25=20.25KN

粉刷:0.02X(0.6-0.12)X2X5.4X17=1.76KN

联系梁传来的屋面板荷载：0.5X(5.4+5.4-2.7)X2.7/2X5.2=18.6KN

0.5X(5.4+5.4-4.05)X4.05/2X5.2=35.54KN

顶层中节点集中荷载合计：76.15KN

楼面框架节点集中荷载：

边柱联系梁自重：0.25X0.6X5.4X25=20.25KN

粉刷:0.02X(0.6-0.12)X2X5.4X17=1.76KN

塑钢窗：5KN

窗下墙体自重:0.24X1.2X5.4X19=29.5KN

窗下墙体粉刷自重:2X0.02X1.2X5,4X17=4.41KN

框架柱自重:0.6X0.4X3.9X25=23.4KN

框架柱粉刷自重:(0.6+0.4)X2X0.02X3,9X17=2.65KN

联系梁传来的楼面自:重：0.5X(5.4+5.4-4.05)X4.05/2X4.1=28.02KN

楼面层边节点集中荷载合计：115KN

中柱联系梁自重：0.25X0,6X5.4X25=20.25KN

粉刷:0.02X(0.6-0.12)X2X5.4X17=1.76KN

内纵墙自重:5.4X(3.9-0.6)X0.24X19=81.3KN

内纵墙墙体粉刷自重:5.4X(3.9-0.6)X2X0.02X17=12.2KN

扣除门洞：-2.lX1.0X0.24X19+5=-4.5KN

框架柱自重:0.6X0.4X3.9X25=23.4KN

框架柱粉刷自重：(0.6+0.4)X2X0.02X3.9X17=2.65KN

联系梁传来的楼面自重：0.5X(5.4+5.4-2.7)X2.7/2X3.6=18.6KN

0.5X(5.4+5.4-4.05)X4.05/2X4.1=28.02KN

楼面层中节点集中荷载合计：183.68KN

集中荷载引起的偏心弯矩M

屋面乂集中荷载引起的偏心弯矩M

84.15X0.45=37.87KN•M

115X0.175=20.1KN•M

屋面层梁上作用的恒载

gkgk

屋面层梁上作用的恒载

在上图中，gki、qk;分别代表横梁自重，是均布荷载形式；gL和gk2’分别代表房

间和走廊传给横梁的两个三角形荷载和三角形荷载，gk代表跨中次梁集中荷载。

gkl=6.46kN/mgk2=21.06kN/m

gk/=3.2kN/mgk2'=14.04kN/m

gk=81.56KN

gk2、gk2'、gk代表房间和走廊传给横梁的梯形、三角形荷载和跨中集中荷载，需

要将其转化为等效均布荷载。

两个三角形荷载gk2=^-gk2

三角形荷载gk2=，gkt

*

跨中集中荷载

艰=*%2

17

=—X21.06

32

=11.18kN/m

——，5,5

gk=-gk=414.04=8.78kN/m

2828

9=型8%=_A_X81.56=15.10&N/〃?

2/2x8.1

横向框架恒荷载：

屋面板：11.18+6.46+15.10=32.74kN/m（8.1m跨）

8.78+3.2=11.98kN/m（2.7m跨）

楼面层梁上作用的恒载

在上图中，gki、gkj分别代表横梁自重，是均布荷载形式；gL和gk2,分别代表

房间和走廊传给横梁的两个三角形荷载和三角形荷载，gk代表跨中次梁集中荷载。

gkl=22.71kN/mgk2=16.61kN/m

gkl'=3.2kN/mgk2'=9.72kN/m

gk=66.54KN

gk2、gk2,、gk代表房间和走廊传给横梁的梯形、三角形荷载和跨中集中荷载，需

要将其转化为等效均布荷载。

两个三角形荷载92=卫^右

---'5.

三角形荷载gk2=—g&2'

8

跨中集中荷载区二等

~717.

8k2=—gk2

=—X16.61

32

=8.82AN/机

—，5,5

gk=-gk=—x9.72=6.08氏N/m

2882

—3〃3

k=-Lgk=——x66.54=12.32kN/m

g212x8.1

横向框架恒荷载：

楼面板:22.71+8.82+12.32=43.85kN/m（8.1m跨）

6.08+3.2=9.28kN/m（2.7m跨）

4.4恒载内力计算

分层法的计算要点：

①作用在某一层的框架梁上的竖向荷载只对本楼层的梁和与本层梁相连的框架柱

产生弯矩和剪力，而对其他层框架和隔层的框架柱都不产生弯矩和剪力。

②除底层以外的其它各层柱的线刚度均乘折减系数0.9o

③除底层以外的其它各层柱的弯矩传递系数取l/3o

0.6550.6380.120

37.85

-179.00179.00-7.28

48.7092.4546.23_

-69.52-139.0

5-52.74-26.1526.15

23.9945.5422.77

_-14.53-5.51-2.732.73

72.68-110.5394.42-58.25-36.1728.89

24.23-19.42

顶层弯矩分配(单位KN机)

28.79-20.53

6.53T.20

22.26-19.32

86.38-61.59

19.6()-3.61

66.78-57.97

LQ

6

O

0.4860.5130.097

-20.10

ZLO

ZLQ6

O

-239.75239.75-5.60

66.78126.2963.14

-76.26-152.5

1-57.97-28.84

19.6037.0618.53

-9.51-3.61-L801.80

86.38-152.66159.41-61.59-36.2330.63

28.79-20.53

标准层弯矩分配（单位KN・M）

30.05-21.30

7.01T.33

23.04-19.98

90.16-63.91

21.04-3.99

69.12-59.93

9

9

N

0

0.5040.5280.098

-20.101

-239.75239.75-5.60

59.77130.9665.48

-79.10-158.2

1-52.14-29.3629.36

18.1939.8719.93

-10.53-3.47-1.951.95

77.96-148.02156.44-55.60-36.9231.32

25.99-18.53

底层弯矩分配（单位KN祖）

节点弯矩二次调整：

在用分层法计算竖向荷载作用下的结构内力时，计算的框架节点处弯矩之和不等于

零，这是由于分层计算单元与实际结构不符带来的误差，因此要对节点不平衡力矩再做

一次弯矩分配，予以修正。

顶层框架边柱节点，下层框架传来弯矩是28.79kN•m,o

节点各构件分配到的弯矩分别为：

以=-0.655x28.79=-18.86的〃？

M卜=-0.345x28.79=—9.93kN-m

顶层框架中柱节点，下层框架传来弯矩是-20.53kN•m。

节点各构件分配到的弯矩分别为：

Mx左=0.638x20.53=13.10kN•加

M石笈=0.120x20.53=2.46a

MF=0.242X20.53=497kN-m

将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩。见下图

0.6550.6380.120

28.79-18.8613.10-20.532.46

-9.93-110.5394.424.97-36.17

72.68-58.25

91.54-129.39107.52-73.81-33.71

第四层框架边柱节点，上层和下层框架传来弯矩分别是24.231^・口，28.791^・111。

节点各构件分配到的弯矩分别为：

Mj=-0.257x(24.23+28.79)=-13.63ZN-m

M卜.=-0.257x(24.23+28.79)=-13.63kN-m

M小=-0.486x(24.23+28.79)=-2517kN-m

第四层框架中柱节点，上层和下层框架传来弯矩分别是T9.42kN・m、-20.53kN・m。

节点各构件分配到的弯矩分别为：

M1=0.195x(19.42+20.53)=7.79AM〃z

=0.195x(19.42+20.53)=7.79AN-m

M,，,=0.513x(19.42+20.53)=20.49ZN-m

〃h=0.097x(19.42+20.53)=3.88ZN-m

将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩。见下图

24.23-19.42

-13.637.79

86.38-61.59

96.98-73.22

1

0.

0.4860.5130.097

ZLO

LO6

Z

O

28.79-25.7720.49-20.533.88

-13.63-152.66159.417.79-36.23

86.38-61.59

101.54-178.43179.90-74.33-32.35

第四层二次弯矩分配(单位KNW)

第三层框架边柱节点，上层和下层框架传来弯矩分别是28.79kN*m,28.79kN-m0

节点各构件分配到的弯矩分别为：

M1：=-0.257x(28.79+28.79)=-14.80^-m

M卜.=-0.257x(28.79+28.79)=-14.80^-m

=-0.486x(28.79+28.79)=-27.98RN-m

第三层框架中柱节点，上层和下层框架传来弯矩分别是-20.53kN・m、-20.53kN・m。

节点各构件分配到的弯矩分别为：

M।=0.195x(20.53+20.53)=8.0bW•加

“卜.=0.195x(20.53+20.53)=8.0

M,,,=0.513x(20.53+20.53)=21.06^-m

%产0.097x(20.53+20.53)=3.98ZNm

将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩。见下图

28.79-20.53

-14.808.01

86.38-61.59

100.37-74.11

LO

6T-<

g

zO

o

0.4860.5130.097

LO

LO6

Z

OO

28.78-27.9821.06-20.533.98

-14.80-152.66159.418.01-36.23

86.38-61.59

100.36-180.64180.47-74.11-32.25

三层二次弯矩分配(单位KN<M)

第二层框架边柱